JP2023032782A - Titanium nail and titanium material - Google Patents

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JP2023032782A JP2021139094A JP2021139094A JP2023032782A JP 2023032782 A JP2023032782 A JP 2023032782A JP 2021139094 A JP2021139094 A JP 2021139094A JP 2021139094 A JP2021139094 A JP 2021139094A JP 2023032782 A JP2023032782 A JP 2023032782A
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一浩 ▲高▼橋
Kazuhiro Takahashi
弘 大澤
Hiroshi Osawa
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Abstract

To provide a titanium nail having excellent bending resistance and wear resistance, and a titanium material used as a material therefor.SOLUTION: A titanium nail is composed of industrial pure titanium or titanium alloy and comprises a cured layer from its surface to a depth of at least 100 μm. The difference between a Vickers hardness HVS at a position of 100 μm from the surface in the depth direction and a Vickers hardness HVB at a position of 1000 μm from the surface in the depth direction satisfies the following formula (i): 30≤HVS-HVB≤200.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、チタン製釘およびチタン素材に関する。 The present invention relates to titanium nails and titanium materials.

従来、家屋等の建築において、部材同士を接合するために釘が用いられている。鉄製の釘を用いるのが一般的である。 2. Description of the Related Art Conventionally, nails are used to join members together in the construction of houses and the like. Iron nails are commonly used.

また、日本の重要文化財、国宝等に指定される木造建築物には、古くから鉄製の和釘が用いられてきた。そして、重要文化財等の木造建築物が改修される際には、それに使用される和釘は、引き抜かれた後、再利用されることが多くある。そのため、特に和釘には、再利用に耐え得るだけの耐曲げ性および耐摩耗性が求められている。 In addition, Japanese nails made of iron have long been used in wooden buildings designated as important cultural properties and national treasures of Japan. When a wooden building such as an important cultural property is renovated, the Japanese nails used for the renovation are often reused after being pulled out. Therefore, Japanese nails in particular are required to have bending resistance and wear resistance that can withstand reuse.

一方、鉄製の釘は比較的重いため、大量の釘を用いる場合には、作業者に負担をかけるだけでなく、建築物自体への負荷にもなり得る。加えて、釘部分で結露等に起因した錆が発生すると、釘のみならず、接合する木材の腐食の原因ともなる。 On the other hand, since iron nails are relatively heavy, when a large number of nails are used, not only the workers are burdened but also the building itself can be burdened. In addition, when rust occurs at the nail portion due to dew condensation, it causes corrosion not only of the nail but also of the lumber to be joined.

特開平9-3573号公報JP-A-9-3573

ところで、近年、屋根材、外壁材などの建材として、軽量かつ耐食性に優れた工業用純チタンが用いられており(例えば、特許文献1を参照。)、重要文化財等の補修にもしばしば採用されるようになってきている。 By the way, in recent years, industrial pure titanium, which is lightweight and has excellent corrosion resistance, has been used as building materials such as roofing materials and exterior wall materials (see, for example, Patent Document 1), and is often used for repairing important cultural properties and the like. It is becoming to be done.

そこで、本発明者らは、軽量かつ耐食性に優れたチタン製の釘を製作することを着想するに至った。しかしながら、チタンは、その剛性が鉄の半分程度であり、加えて摩耗しやすいという問題がある。そのため、特に繰り返しの利用を想定すると、チタン製の釘は、耐曲げ性および耐摩耗性の点が、課題となる場合があった。 Therefore, the present inventors came up with the idea of manufacturing a nail made of titanium, which is light in weight and excellent in corrosion resistance. However, titanium has the problem that its rigidity is about half that of iron and that it is easily worn. Therefore, when considering repeated use, titanium nails sometimes have problems in terms of bending resistance and wear resistance.

本発明は、上記の課題を解決し、耐曲げ性および耐摩耗性に優れるチタン製釘、およびその素材として用いられるチタン素材を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a titanium nail excellent in bending resistance and wear resistance, and a titanium material used as the raw material thereof.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のチタン製釘およびチタン素材を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist thereof is the following titanium nail and titanium material.

(1)工業用純チタンまたはチタン合金からなり、
表面から100μm以上の深さまで硬化層を有し、
前記表面から深さ方向に100μmの位置でのビッカース硬さと、前記表面から深さ方向に1000μmの位置でのビッカース硬さとの差が下記(i)式を満足する、チタン製釘。
30≦HVS-HVB≦200 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各記号は、以下により定義される。
HVS:表面から深さ方向に100μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
HVB:表面から深さ方向に1000μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
(1) Made of industrial pure titanium or titanium alloy,
Having a hardened layer from the surface to a depth of 100 μm or more,
A nail made of titanium, wherein the difference between the Vickers hardness at a position 100 μm in the depth direction from the surface and the Vickers hardness at a position 1000 μm in the depth direction from the surface satisfies the following formula (i).
30≤HVS-HVB≤200 (i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
HVS: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 100 μm in the depth direction from the surface
HVB: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 1000 μm in the depth direction from the surface

(2)前記工業用純チタンまたはチタン合金の化学組成が、質量%で、
Fe:1.5%以下、
Cr:1.5%以下、
Ni:1.5%以下、
O:0.25%以下、
N:0.05%以下、
C:0.10%以下、
H:0.015%以下、
残部:Tiおよび不純物であり、
下記(ii)式を満足する、上記(1)に記載のチタン製釘。
Fe+Cr+Ni≦1.5 ・・・(ii)
但し、上記式中の各元素記号は工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
(2) The chemical composition of the industrially pure titanium or titanium alloy is, in mass %,
Fe: 1.5% or less,
Cr: 1.5% or less,
Ni: 1.5% or less,
O: 0.25% or less,
N: 0.05% or less,
C: 0.10% or less,
H: 0.015% or less,
balance: Ti and impurities,
The titanium nail according to (1) above, which satisfies the following formula (ii).
Fe+Cr+Ni≦1.5 (ii)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in industrially pure titanium or titanium alloy, and is zero when not contained.

(3)前記化学組成が、前記Tiの一部に代えて、質量%で、
Al:2.0%以下、
Si:0.5%以下、
Sn:2.0%以下、
Zr:3.0%以下、
Cu:1.8%以下、
Nb:1.0%以下、
V:2.0%以下、
Mo:2.0%以下、
Mn:1.0%以下、
Co:1.0%以下、
Pd:0.25%以下、および
Ru:0.25%以下、
からなる群から選択される一種以上を含有する、上記(2)に記載のチタン製釘。
(3) the chemical composition, instead of a part of the Ti, is mass %,
Al: 2.0% or less,
Si: 0.5% or less,
Sn: 2.0% or less,
Zr: 3.0% or less,
Cu: 1.8% or less,
Nb: 1.0% or less,
V: 2.0% or less,
Mo: 2.0% or less,
Mn: 1.0% or less,
Co: 1.0% or less,
Pd: 0.25% or less, and Ru: 0.25% or less,
The titanium nail according to (2) above, containing at least one selected from the group consisting of:

(4)和釘である、上記(1)~(3)のいずれか1項に記載のチタン製釘。 (4) The titanium nail according to any one of (1) to (3) above, which is a Japanese nail.

(5)上記(1)~(4)のいずれか1項に記載のチタン製釘の素材として用いられるチタン素材であって、
工業用純チタンまたはチタン合金からなり、
室温での0.2%耐力が215MPa以上であり、
引張強さが340~510MPaであり、
伸びが23%以上である、チタン素材。
(5) A titanium material used as a material for the titanium nail according to any one of (1) to (4) above,
Made of industrial pure titanium or titanium alloy,
0.2% proof stress at room temperature is 215 MPa or more,
Tensile strength is 340 to 510 MPa,
A titanium material having an elongation of 23% or more.

本発明によれば、耐曲げ性および耐摩耗性に優れるチタン製釘、およびその素材として用いられるチタン素材を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a titanium nail excellent in bending resistance and wear resistance, and a titanium material used as the raw material thereof.

図1は、硬化層を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a cured layer. 図2は、和釘の形状を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of a Japanese nail. 図3は、頭部の形状が巻頭である場合と階折である場合とを模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a case where the shape of the head is the beginning of the roll and a case where the shape is a fold.

本発明者らは、チタン製釘において、耐曲げ性および耐摩耗性を確保するため、種々の検討を行った。その結果、酸化的な環境下で加熱した後に熱間鍛造を施すことが有効であり、チタン製釘の表層を酸化させた後に鍛錬することで、表層を硬化させることができることが判明した。そして、表層を適切に硬化させることで、チタン製釘の耐曲げ性および耐摩耗性を、繰り返し利用する際に実用上問題ないレベルまで向上させることが可能となった。 The inventors of the present invention conducted various studies in order to ensure bending resistance and wear resistance in titanium nails. As a result, it was found that hot forging after heating in an oxidizing environment is effective, and that the surface layer of a titanium nail can be hardened by forging after oxidizing the surface layer. By appropriately hardening the surface layer, it has become possible to improve the bending resistance and wear resistance of titanium nails to a level that poses no practical problems when repeatedly used.

本発明の一実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。 An embodiment of the present invention has been made based on the above findings. Each requirement of this embodiment will be described in detail below.

1.チタン製釘の構成
本実施形態に係る釘は、工業用純チタンまたはチタン合金からなる、すなわちチタン製釘である。工業用純チタンとは、意図的に添加した元素を含まず、不純物とTiとからなるチタン材であり、通常、Ti含有量は、98質量%以上となる。
1. Construction of Titanium Nail The nail according to the present embodiment is made of industrially pure titanium or a titanium alloy, that is, a titanium nail. Industrially pure titanium is a titanium material that does not contain intentionally added elements and is composed of impurities and Ti, and usually has a Ti content of 98% by mass or more.

一般的な工業用純チタンとして、JIS 1種~4種、またはASTM/ASME Grade1~4が例示される。工業用純チタンの不純物元素として代表的な元素は、C、H、O、N、Feである。 As general industrial pure titanium, JIS Classes 1 to 4 or ASTM/ASME Grades 1 to 4 are exemplified. Typical impurity elements of industrial pure titanium are C, H, O, N and Fe.

また、チタン合金とは、通常、Tiを70質量%以上含む合金である。チタン合金としては、α型チタン合金、α+β型チタン合金またはβ型チタン合金が挙げられる。α型チタン合金としては、例えば、高耐食性合金(JIS規格の11種~13種、17種、19種~22種、およびASTM規格のGrade7、11、13、14、17、30、31で規定されるチタン合金やさらに種々の元素を少量含有させたチタン合金)、Ti-0.5Cu、Ti-1.0Cu、Ti-1.0Cu-0.5Nb、Ti-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nb等がある。 A titanium alloy is an alloy containing 70% by mass or more of Ti. Examples of titanium alloys include α-type titanium alloys, α+β-type titanium alloys, and β-type titanium alloys. Examples of α-type titanium alloys include highly corrosion-resistant alloys (JIS Classes 11 to 13, 17, 19 to 22, and ASTM Grades 7, 11, 13, 14, 17, 30, and 31. and titanium alloys containing a small amount of various elements), Ti-0.5Cu, Ti-1.0Cu, Ti-1.0Cu-0.5Nb, Ti-1.0Cu-1.0Sn- 0.3Si-0.25Nb and the like.

α+β型チタン合金としては、例えば、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-1Fe、Ti-6Al-4Vなどがある。β型チタン合金としては、例えば、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn、Ti-20V-4Al-1Sn、Ti-22V-4Al等がある。 Examples of α+β type titanium alloys include Ti-3Al-2.5V, Ti-5Al-1Fe and Ti-6Al-4V. Examples of β-type titanium alloys include Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn. , Ti-20V-4Al-1Sn, Ti-22V-4Al and the like.

1-1.工業用純チタンまたはチタン合金の化学組成
上記の工業用純チタンまたはチタン合金の化学組成について、特に制限する必要はないが、例えば、以下に記載の組成範囲において、下記元素を含有させることができる。各元素の限定理由は下記のとおりである。また、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1-1. Chemical Composition of Industrial Pure Titanium or Titanium Alloy Although the chemical composition of the industrial pure titanium or titanium alloy is not particularly limited, for example, the following elements can be contained within the composition range described below. . The reasons for limiting each element are as follows. Moreover, "%" about content in the following description means "mass %."

Fe:1.5%以下
Feは、β相安定化元素であり、引張強さを向上させる効果を有する。また、β相を増加させ、熱間加工性を向上させる効果も有する。しかしながら、Feを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、特性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Fe含有量は、1.5%以下とするのが好ましく、1.3%以下とするのがより好ましい。一方、下限は特に限定しないが、工業的な原料の純度から、Fe含有量は、0.02%以上とするのが好ましく、0.03%以上とするのがより好ましい。
Fe: 1.5% or less Fe is a β-phase stabilizing element and has the effect of improving the tensile strength. Moreover, it also has the effect of increasing the β phase and improving the hot workability. However, when Fe is contained excessively, segregation tends to occur, which may result in deterioration of properties and susceptibility to cracking. Therefore, the Fe content is preferably 1.5% or less, more preferably 1.3% or less. On the other hand, although the lower limit is not particularly limited, the Fe content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more, from the industrial purity of raw materials.

Cr:1.5%以下
Crは、Feと同様、引張強さおよび熱間加工性を向上させる効果を有する。しかしながら、Crを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、延性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Cr含有量は、1.5%以下とするのが好ましく、1.3%以下とするのがより好ましい。一方、下限は特に限定しないが、工業的な原料の純度から、Cr含有量は、0.003%以上とするのが好ましく、0.004%以上とするのがより好ましい。
Cr: 1.5% or less Cr, like Fe, has the effect of improving tensile strength and hot workability. However, if Cr is contained excessively, segregation tends to occur, resulting in reduced ductility and cracking. Therefore, the Cr content is preferably 1.5% or less, more preferably 1.3% or less. On the other hand, although the lower limit is not particularly limited, the Cr content is preferably 0.003% or more, more preferably 0.004% or more, from the industrial purity of raw materials.

Ni:1.5%以下
Niは、FeおよびCrと同様、引張強さおよび熱間加工性を向上させる効果を有する。しかしながら、Niを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、延性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Ni含有量は、1.5%以下とするのが好ましく、1.3%以下とするのがより好ましい。一方、下限は特に限定しないが、工業的な原料の純度から、Ni含有量は、0.003%以上とするのが好ましく、0.004%以上とするのがより好ましい。
Ni: 1.5% or less Ni, like Fe and Cr, has the effect of improving tensile strength and hot workability. However, if Ni is contained excessively, segregation tends to occur, resulting in reduced ductility and cracking. Therefore, the Ni content is preferably 1.5% or less, more preferably 1.3% or less. On the other hand, although the lower limit is not particularly limited, the Ni content is preferably 0.003% or more, more preferably 0.004% or more, from the viewpoint of industrial purity of raw materials.

また、上述した、Fe、Cr、およびNiを複合的に含有させる場合においては、それらの合計含有量は、下記(ii)式を満足することが好ましい。
Fe+Cr+Ni≦1.5 ・・・(ii)
但し、上記式中の各元素記号は工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
Moreover, when Fe, Cr, and Ni are contained in a composite manner as described above, the total content thereof preferably satisfies the following formula (ii).
Fe+Cr+Ni≦1.5 (ii)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in industrially pure titanium or titanium alloy, and is zero when not contained.

Fe、Cr、およびNiの合計含有量が、1.5%を超えると、偏析が生じやすくなる他、延性等の特性が低下しやすくなるからである。このため、Fe、Cr、およびNiの合計含有量である、(ii)式左辺値は、1.5以下とするのが好ましい。(ii)式左辺値は、1.3以下とするのがより好ましく、1.25以下とするのがさらに好ましい。なお、(ii)式左辺値の下限は、特に限定しないが、例えば、0.03以上とするのが好ましい。 This is because if the total content of Fe, Cr, and Ni exceeds 1.5%, segregation tends to occur and properties such as ductility tend to deteriorate. Therefore, the left-side value of formula (ii), which is the total content of Fe, Cr, and Ni, is preferably 1.5 or less. (ii) The left-side value of the formula is more preferably 1.3 or less, more preferably 1.25 or less. Although the lower limit of the left-side value of the formula (ii) is not particularly limited, it is preferably 0.03 or more, for example.

O:0.25%以下
Oは、引張強さを向上させる効果を有する。しかしながら、Oを過剰に含有させると、延性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、O含有量は、0.25%以下とするのが好ましく、0.2%以下とするのがより好ましい。このように、所望の強度を得るために、O含有量によっても調整することができる。一方、Oを過剰に低減すると、原料などの製造コストが増加するため、O含有量は、0.03%以上とするのが好ましい。
O: 0.25% or less O has the effect of improving the tensile strength. However, if O is contained excessively, the ductility may be lowered and cracks may easily occur. Therefore, the O content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.2% or less. Thus, the O content can also be adjusted to obtain the desired strength. On the other hand, if the O content is excessively reduced, the manufacturing cost of the raw materials and the like increases, so the O content is preferably 0.03% or more.

N:0.05%以下
Nは、工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる不純物元素である。Nを過剰に含有させると、延性が低下し、割れが生じやすくなる。このため、N含有量は、0.05%以下とするのが好ましく、0.03%以下とするのがより好ましい。Nは、極力低減するのが好ましいが、Nを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、N含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
N: 0.05% or less N is an impurity element contained in industrial pure titanium or titanium alloy. An excessive N content lowers ductility and makes cracks more likely to occur. Therefore, the N content is preferably 0.05% or less, more preferably 0.03% or less. It is preferable to reduce N as much as possible, but if N is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, the N content is preferably 0.001% or more.

C:0.10%以下
Cは、工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる不純物元素である。Cを過剰に含有させると、延性および靭性が低下し、割れが生じやすくなる。このため、C含有量は、0.10%以下とするのが好ましく、0.05%以下とするのがより好ましい。Cは、極力低減するのが好ましいが、Cを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、C含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
C: 0.10% or less C is an impurity element contained in industrial pure titanium or titanium alloy. Excessive C content lowers ductility and toughness, making cracks more likely to occur. Therefore, the C content is preferably 0.10% or less, more preferably 0.05% or less. It is preferable to reduce C as much as possible, but if C is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, the C content is preferably 0.001% or more.

H:0.015%以下
Hは、工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる不純物元素である。Hを過剰に含有させると、延性が低下し、割れが生じやすくなる。このため、H含有量は、0.015%以下とするのが好ましく、0.010%以下とするのがより好ましい。Hは、極力低減するのが好ましいが、Hを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、H含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
H: 0.015% or less H is an impurity element contained in industrial pure titanium or titanium alloy. If H is contained excessively, the ductility is lowered and cracks are likely to occur. Therefore, the H content is preferably 0.015% or less, more preferably 0.010% or less. It is preferable to reduce H as much as possible, but if H is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, the H content is preferably 0.001% or more.

上記の元素に加えて、さらに、Al、Si、Sn、Zr、Cu、Nb、V、Mo、Mn、Co、Pd、およびRuからなる群選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。 In addition to the above elements, one or more selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Zr, Cu, Nb, V, Mo, Mn, Co, Pd, and Ru are contained within the ranges shown below. may The reason for limiting each element will be explained.

Al:2.0%以下
Alは、引張強さを向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Alを過剰に含有させると、特性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。そのため、Al含有量は、2.0%以下とするのが好ましい。Al含有量は、1.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Al含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Al: 2.0% or less Al has the effect of improving the tensile strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Al is contained excessively, the properties may deteriorate and cracks may easily occur. Therefore, the Al content is preferably 2.0% or less. The Al content is more preferably 1.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Al content is preferably 0.1% or more.

Si:0.5%以下
Siは、耐酸化性および強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Siを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、特性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。そのため、Si含有量は、0.5%以下とするのが好ましい。Si含有量は、0.3%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Si含有量は、0.05%以上とするのが好ましい。
Si: 0.5% or less Si has the effect of improving oxidation resistance and strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, when Si is contained excessively, segregation tends to occur, resulting in deterioration of properties and cracking. Therefore, the Si content is preferably 0.5% or less. The Si content is more preferably 0.3% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Si content is preferably 0.05% or more.

Sn:2.0%以下
Snは、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Snを過剰に含有させると、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Sn含有量は、2.0%以下とするのが好ましい。Sn含有量は、1.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Sn含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Sn: 2.0% or less Sn has the effect of improving the strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Sn is contained excessively, cracks may easily occur. Therefore, the Sn content is preferably 2.0% or less. The Sn content is more preferably 1.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Sn content is preferably 0.1% or more.

Zr:3.0%以下
Zrは、耐酸化性および強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Zrを過剰に含有させると、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Zr含有量は、3.0%以下とするのが好ましい。Zr含有量は、2.0%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Zr含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Zr: 3.0% or less Zr has the effect of improving oxidation resistance and strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, if Zr is contained excessively, cracks may easily occur. Therefore, the Zr content is preferably 3.0% or less. The Zr content is more preferably 2.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Zr content is preferably 0.1% or more.

Cu:1.8%以下
Cuは、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cuを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Cu含有量は、1.8%以下とするのが好ましい。Cu含有量は、1.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Cu含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Cu: 1.8% or less Cu has the effect of improving the strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, when Cu is contained excessively, segregation tends to occur, and as a result, cracks may easily occur. Therefore, the Cu content is preferably 1.8% or less. The Cu content is more preferably 1.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Cu content is preferably 0.1% or more.

Nb:1.0%以下
Nbは、耐酸化性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nbを過剰に含有させると、製造コストが増加する。このため、Nb含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。Nb含有量は、0.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Nb: 1.0% or less Nb has the effect of improving oxidation resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, an excessive Nb content increases the manufacturing cost. Therefore, the Nb content is preferably 1.0% or less. The Nb content is more preferably 0.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Nb content is preferably 0.1% or more.

V:2.0%以下
Vは、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Vを過剰に含有させると、割れが生じやすくなる場合がある。このため、V含有量は、2.0%以下とするのが好ましい。V含有量は、1.0%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、V含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
V: 2.0% or less V has the effect of improving the strength. Therefore, it may be contained as necessary. However, when V is contained excessively, cracks may easily occur. Therefore, the V content is preferably 2.0% or less. The V content is more preferably 1.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the V content is preferably 0.1% or more.

Mo:2.0%以下
Moは、耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Moを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Mo含有量は、2.0%以下とするのが好ましい。Mo含有量は、1.0%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mo含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Mo: 2.0% or less Mo has the effect of improving corrosion resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, when Mo is contained excessively, segregation tends to occur, and as a result, cracks may easily occur. Therefore, the Mo content is preferably 2.0% or less. More preferably, the Mo content is 1.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mo content is preferably 0.1% or more.

Mn:1.0%以下
Mnは、引張強さを向上させる効果を有する。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、延性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Mn含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。Mn含有量は、0.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mn含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Mn: 1.0% or less Mn has the effect of improving the tensile strength. However, when Mn is contained excessively, segregation tends to occur, resulting in reduced ductility and cracking. Therefore, the Mn content is preferably 1.0% or less. More preferably, the Mn content is 0.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mn content is preferably 0.1% or more.

Co:1.0%以下
Coは、引張強さと耐食性とを向上させる効果を有する。しかしながら、Coを過剰に含有させると、偏析が生じやすくなる結果、延性が低下し、割れが生じやすくなる場合がある。このため、Co含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。Co含有量は、0.5%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Co含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Co: 1.0% or less Co has the effect of improving tensile strength and corrosion resistance. However, if Co is contained excessively, segregation tends to occur, resulting in reduced ductility and cracking. Therefore, the Co content is preferably 1.0% or less. The Co content is more preferably 0.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Co content is preferably 0.1% or more.

Pd:0.25%以下
Pdは、耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Pdを過剰に含有させると、製造コストが増加する。このため、Pd含有量は、0.25%以下とするのが好ましい。Pd含有量は、0.2%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Pd含有量は、0.04%以上とするのが好ましい。
Pd: 0.25% or less Pd has the effect of improving corrosion resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, excessive Pd content increases manufacturing costs. Therefore, the Pd content is preferably 0.25% or less. The Pd content is more preferably 0.2% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Pd content is preferably 0.04% or more.

Ru:0.25%以下
Ruは、Pdと同様、耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ruを過剰に含有させると、製造コストが増加する。このため、Ru含有量は、0.25%以下とするのが好ましい。Ru含有量は、0.2%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ru含有量は、0.04%以上とするのが好ましい。
Ru: 0.25% or less Ru, like Pd, has the effect of improving corrosion resistance. Therefore, it may be contained as necessary. However, an excessive Ru content increases the manufacturing cost. Therefore, the Ru content is preferably 0.25% or less. More preferably, the Ru content is 0.2% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Ru content is preferably 0.04% or more.

上記化学組成において、残部はTiおよび不純物である。ここで「不純物」とは、工業用純チタンまたはチタン合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する上記以外の成分であって、本実施形態に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味し、総量で0.5%以下であれば問題ないレベルである。 In the above chemical composition, the balance is Ti and impurities. Here, the term "impurities" refers to components other than the above that are mixed in by various factors in the manufacturing process, such as raw materials such as ores and scraps, during the industrial production of industrially pure titanium or titanium alloys. It means a permissible amount within a range that does not adversely affect the form, and a total amount of 0.5% or less is a level without problems.

なお、上記化学組成は、表面から深さ方向に1mm以上内部の平均の化学組成である。各元素の含有量については、不活性ガス溶融赤外線吸収法、不活性ガス溶融熱伝導度法、高周波燃焼赤外線吸収他、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により、測定すればよい。 Note that the above chemical composition is the average chemical composition of the interior of 1 mm or more in the depth direction from the surface. The content of each element may be measured by an inert gas fusion infrared absorption method, an inert gas fusion thermal conductivity method, a high frequency combustion infrared absorption method, or an inductively coupled plasma (ICP) emission analysis method.

2.硬化層
本実施形態のチタン製釘は、図1に示すように、硬化層1を有する。硬化層1は、表面から100μm以上の深さまで存在する。すなわち、硬化層1の厚さは、少なくとも100μmであり、それ以上の厚さであってもよい。なお、硬化層の厚さが過剰であると脆化しやすくなるため、硬化層の厚さは、1000μm未満であることが望ましく、600μm以下であるのがより望ましく、300μm以下であるのがさらに望ましい。
2. Hardening Layer The titanium nail of this embodiment has a hardening layer 1 as shown in FIG. The hardened layer 1 exists from the surface to a depth of 100 μm or more. That is, the thickness of the cured layer 1 is at least 100 μm, and may be greater. If the thickness of the hardened layer is excessive, embrittlement tends to occur. Therefore, the thickness of the hardened layer is preferably less than 1000 μm, more preferably 600 μm or less, and even more preferably 300 μm or less. .

硬化層は、表面から酸素が固溶すること等により、酸化が生じた結果、硬質化した部分である。表層付近に硬化層が形成していることで、内部よりも高い曲げ応力が加わる表層付近の耐力を高めることができる。この結果、塑性変形が生じにくくなり、釘全体の剛性が増大し、耐曲げ性が向上する。また、耐摩耗性も向上する。なお、硬化層1よりさらに深い部分は、例えば、図1に示すように、後述するチタン素材の特性を受け継ぐ母材2である。 The hardened layer is a portion hardened as a result of oxidation caused by solid solution of oxygen from the surface. By forming a hardened layer near the surface layer, it is possible to increase the yield strength near the surface layer to which higher bending stress than the inside is applied. As a result, plastic deformation is less likely to occur, the rigidity of the nail as a whole increases, and the bending resistance improves. In addition, wear resistance is also improved. The portion deeper than the hardened layer 1 is, for example, as shown in FIG.

2-1.硬さ
硬化層は、後述するチタン素材の特性を有する母材と比較して、硬くなる。このため、表面から深さ方向に100μmの位置(以下、「100μm深さ位置」ともいう。)でのビッカース硬さと、表面から深さ方向に1000μmの位置(以下、「1000μm深さ位置」ともいう。)でのビッカース硬さとの差が下記(i)式を満足する。
2-1. Hardness The hardened layer is harder than the base material having the properties of the titanium material, which will be described later. For this reason, the Vickers hardness at a position of 100 μm in the depth direction from the surface (hereinafter also referred to as “100 μm depth position”) and the position of 1000 μm in the depth direction from the surface (hereinafter also referred to as “1000 μm depth position”) ) satisfies the following formula (i).

30≦HVS-HVB≦200 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各記号は、以下により定義される。
HVS:表面から深さ方向に100μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
HVB:表面から深さ方向に1000μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
30≤HVS-HVB≤200 (i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
HVS: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 100 μm in the depth direction from the surface
HVB: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 1000 μm in the depth direction from the surface

100μm深さ位置でのビッカース硬さと、1000μm深さ位置でのビッカース硬さの差である、HVS-HVBが30未満であると、十分な硬さの硬化層が形成しておらず、耐曲げ性および耐摩耗性を向上させることができない。このため、HVS-HVBは、30以上とする。HVS-HVBは、50以上であるのが好ましい。一方、HVS-HVBが200を超えると、硬化層が過剰に硬くなりすぎて、靭性および延性が低下する。この結果、釘の製造の際に割れが生じやすくなり、製造性が低下する。このため、HVS-HVBは、200以下とする。HVS-HVBは、150以下とするのが好ましい。 When HVS-HVB, which is the difference between the Vickers hardness at a depth of 100 μm and the Vickers hardness at a depth of 1000 μm, is less than 30, a hardened layer with sufficient hardness is not formed, and bending resistance is not obtained. It is not possible to improve the durability and wear resistance. Therefore, HVS-HVB is set to 30 or more. HVS-HVB is preferably 50 or higher. On the other hand, if the HVS-HVB exceeds 200, the hardened layer becomes excessively hard, resulting in reduced toughness and ductility. As a result, cracks are likely to occur during manufacture of the nail, and manufacturability is reduced. Therefore, HVS-HVB is set to 200 or less. HVS-HVB is preferably 150 or less.

釘の軸心部のビッカース硬さHVCについて特に制限はないが、110~200(HV1)の範囲とするのが好ましい。HVCが110(HV1)未満であると、釘として十分な強度を得にくくなる。このため、HVCは、110(HV1)以上とするのが好ましく、115(HV1)以上とするのがより好ましい。一方、HVCが200(HV1)を超えると、熱間加工の際、加工しにくくなり、所望する形状が得にくくなる。このため、HVCは、200(HV1)以下とするのが好ましく、170(HV1)以下とするのがより好ましい。 The Vickers hardness HVC of the shaft center of the nail is not particularly limited, but is preferably in the range of 110 to 200 (HV1). If the HVC is less than 110 (HV1), it will be difficult to obtain sufficient strength as a nail. Therefore, HVC is preferably 110 (HV1) or more, more preferably 115 (HV1) or more. On the other hand, if the HVC exceeds 200 (HV1), it becomes difficult to work during hot working, making it difficult to obtain a desired shape. Therefore, HVC is preferably 200 (HV1) or less, more preferably 170 (HV1) or less.

なお、上述したHVS、HVBおよびHVCは、100μm深さ位置、1000μm深さ位置および軸心部において、マイクロビッカース試験機で硬さを測定する。また、「HV0.1」は、試験力を0.9807N(100gf)とした場合の硬さ記号、「HV1」は、試験力を9.807N(1kgf)とした場合の硬さ記号である。HVSおよびHVBでは、試験力を100gfとし、HVCでは、試験力を1kgfとする。試験力硬さは、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さ試験により求める。 For HVS, HVB and HVC described above, the hardness is measured with a micro Vickers tester at a depth of 100 μm, a depth of 1000 μm, and at the axial center. "HV0.1" is a hardness symbol when the test force is 0.9807 N (100 gf), and "HV1" is a hardness symbol when the test force is 9.807 N (1 kgf). HVS and HVB have a test force of 100 gf, and HVC has a test force of 1 kgf. The test force hardness is determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244:2009.

硬さ測定には、釘の全長に対して、頭部から10%の長さと先端から10%の長さを除く、全長の中央部80%を用いる。硬さ試験は、釘の軸心を通る長さ方向と平行な断面が測定面となるように切り出した試験片を用いて、その測定面を研磨して行う。そして、100μm深さ位置、1000μm深さ位置および軸心部を通る3本の線上で、それぞれ5点ずつ硬さの測定を行うこととする。その硬さの平均値を各位置(HVS、HVB、およびHVC)の硬さとする。 For hardness measurement, 80% of the central portion of the total length of the nail, excluding 10% of the length from the head and 10% of the length from the tip, is used. The hardness test is performed by polishing the measurement surface of a test piece cut out so that the cross section parallel to the longitudinal direction passing through the axis of the nail serves as the measurement surface. Then, the hardness is measured at five points on each of three lines passing through the 100 μm depth position, the 1000 μm depth position, and the axial center portion. Let the average value of the hardness be the hardness of each position (HVS, HVB, and HVC).

3.和釘
本実施形態のチタン製釘は、和釘にも適応し得る。和釘とは、伝統建築、木製和船、醸造用樽および桶、焼成瓦固定等に用いられてきた釘である。和釘は、製品寸法を尺貫法の「寸」単位、およびその補助単位である「分」で寸法が指定される釘である。また、図2に示すように、釘の頭部3の下に位置する胴部4の断面は、略矩形状となっており、胴部は、先端に向けて細くなる。胴部4の断面は、略円形状であってもよい。胴部4の加工において、例えば、胴部4のコーナー部分の面取り等を行い、Rを有する形状としてもよい。また、胴部4のコーナー部分がチャンファー状であっても、突起状であってもよい。なお、図3には、頭部の形状が巻頭7、または階折8である和釘を示した。
3. Japanese nail The titanium nail of this embodiment can also be applied to a Japanese nail. Wakugi are nails that have been used in traditional architecture, wooden Japanese boats, brewing barrels and tubs, fixing fired roof tiles, etc. Wakugi is a nail whose product dimensions are specified in the unit of "sun" of the shakukan system and its auxiliary unit "min". Further, as shown in FIG. 2, the cross section of the trunk portion 4 located under the head portion 3 of the nail has a substantially rectangular shape, and the trunk portion tapers toward the tip. The cross section of the trunk portion 4 may be substantially circular. In the processing of the trunk portion 4, for example, the corner portions of the trunk portion 4 may be chamfered to form an R shape. Further, the corner portion of the trunk portion 4 may be chamfered or protruded. In addition, FIG. 3 shows a Japanese nail whose head shape is the winding head 7 or the fold 8. As shown in FIG.

なお、図2に示すように、胴部の始端(頭部と胴部との境界)5から先端6に向けて、始端5から先端6までの長さの1/10位置における断面の長辺の長さまたは直径(長径)を胴部の断面長さとした場合に、和釘の全長(mm)に対する、胴部の断面長さ(mm)の比(以下、「断面形状比」ともいう。)が以下の関係を満足するのが好ましい。すなわち、和釘の全長が1寸2分(約36mm)未満の場合には、断面形状比は、0.100~0.050の範囲にするのが好ましい。また、和釘の全長が1寸2分(約36mm)以上である場合には、断面形状比は、0.035~0.065の範囲にするのが好ましい。 In addition, as shown in FIG. 2, the long side of the cross section at the position of 1/10 of the length from the starting end 5 to the tip 6 from the starting end of the trunk (the boundary between the head and the trunk) 5 toward the tip 6 The ratio of the cross-sectional length (mm) of the trunk to the total length (mm) of the Japanese nail (hereinafter also referred to as "cross-sectional shape ratio"). ) preferably satisfies the following relationship: That is, when the total length of the Japanese nail is less than 1 sun 2 minutes (approximately 36 mm), the cross-sectional shape ratio is preferably in the range of 0.100 to 0.050. Moreover, when the total length of the Japanese nail is 1 sun 2 minutes (approximately 36 mm) or more, the cross-sectional shape ratio is preferably in the range of 0.035 to 0.065.

また、和釘においては、表面に槌目模様を有することが好ましい。槌目模様とは、一定間隔に続く波状の模様のことであり、波状の部分は、それぞれ大きさが異なる。これにより深さが0.05~0.30mm程度の凹凸が形成している模様である。槌目模様の小さな凹凸が接触面での摩擦係数を高め、釘のゆるみや抜けの可能性を低減させることができ、腐食の防止にもつながる。 Also, Japanese nails preferably have a hammered pattern on the surface. A hammered pattern is a wavy pattern that continues at regular intervals, and the wavy portions have different sizes. As a result, unevenness with a depth of about 0.05 to 0.30 mm is formed. The small unevenness of the hammered pattern increases the coefficient of friction on the contact surface, reducing the possibility of loosening or falling off of the nail, which also helps prevent corrosion.

4.チタン素材
本実施形態のチタン製釘に用いられるチタン素材については、製造方法でも記載するが、工業用純チタンまたはチタン合金からなるのが好ましい。また、チタン素材の室温での0.2%耐力は、215MPa以上とするのが好ましい。チタン素材の引張強さは、340~510MPaの範囲とするのが好ましく、チタン素材の伸びは23%以上とするのが好ましい。これら特性値は、JIS Z 2241:2011に準拠した引張試験により求めればよい。
4. Titanium Material The titanium material used for the titanium nail of the present embodiment is preferably made of industrially pure titanium or a titanium alloy, which will also be described in the manufacturing method. Also, the 0.2% yield strength of the titanium material at room temperature is preferably 215 MPa or more. The tensile strength of the titanium material is preferably in the range of 340-510 MPa, and the elongation of the titanium material is preferably 23% or more. These characteristic values may be obtained by a tensile test conforming to JIS Z 2241:2011.

5.製造方法
本実施形態に係るチタン製釘の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係るチタン製釘は、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。
5. Manufacturing Method A preferable manufacturing method of the titanium nail according to the present embodiment will be described. The titanium nail according to this embodiment can be stably manufactured by, for example, the following manufacturing method.

釘の素材となるチタン素材(工業用純チタンまたはチタン合金)を用意する。チタン素材の化学組成は、上述した範囲とするのが好ましい。また、チタン素材は、線材とし、室温での0.2%耐力が215MPa以上で、引張強さが340~510MPaであり、伸びが23%以上であるのが好ましい。 A titanium material (industrial pure titanium or titanium alloy) is prepared as the material for the nail. The chemical composition of the titanium material is preferably within the range described above. Further, the titanium material is preferably a wire, and preferably has a 0.2% proof stress of 215 MPa or more at room temperature, a tensile strength of 340 to 510 MPa, and an elongation of 23% or more.

このチタン素材を、酸化的雰囲気において、800~920℃の温度で加熱する。上記加熱温度が800℃未満であると、チタン素材の変形抵抗が高く、製造性が低下する。また、硬化層が十分に形成しない。このため、上記加熱温度は、800℃以上とし、820℃以上とするのが好ましい。一方、上記加熱温度が920℃を超えると、チタン素材が軟質になりすぎて、却って製品形状とするのが難しくなる。また、硬化層の形成が進み過ぎて、厚さが過剰に厚くなる。このため、上記加熱温度は、920℃以下とし、870℃以下とするのが好ましい。 This titanium material is heated at a temperature of 800-920° C. in an oxidizing atmosphere. If the heating temperature is less than 800° C., the titanium material has a high deformation resistance, resulting in a decrease in manufacturability. Also, the hardened layer is not sufficiently formed. Therefore, the heating temperature is set to 800° C. or higher, preferably 820° C. or higher. On the other hand, if the heating temperature exceeds 920° C., the titanium material becomes too soft, making it rather difficult to shape the product. In addition, the formation of the hardened layer proceeds too much, resulting in an excessive thickness. Therefore, the heating temperature is set to 920° C. or lower, preferably 870° C. or lower.

なお、上記の酸化的雰囲気としては、例えば、大気雰囲気であってもよい。酸化的雰囲気でない場合、チタン素材の表面が十分酸化せず、硬化層の硬さおよび厚さが不十分となるからである。この結果、所望する耐曲げ性および耐摩耗性を得にくくなる。 The oxidizing atmosphere may be, for example, an air atmosphere. This is because if the atmosphere is not oxidizing, the surface of the titanium material will not be sufficiently oxidized, and the hardness and thickness of the hardened layer will be insufficient. As a result, it becomes difficult to obtain the desired bending resistance and wear resistance.

また、チタン素材を加熱する時間、すなわち加熱時間は、3~30分とする。上記加熱時間が3分未満であると、チタン素材の内部まで十分、加熱することができないからである。このため、上記加熱時間は、3分以上とする。一方、上記加熱時間が30分を超えると、酸化が過剰に進行し、厚いスケールが形成してしまう。このため、上記加熱時間は、30分以下とする。 Also, the time for heating the titanium material, that is, the heating time is set to 3 to 30 minutes. This is because if the heating time is less than 3 minutes, the inside of the titanium material cannot be sufficiently heated. Therefore, the heating time is set to 3 minutes or longer. On the other hand, if the heating time exceeds 30 minutes, oxidation proceeds excessively and thick scales are formed. Therefore, the heating time is set to 30 minutes or less.

上記加熱後、熱間鍛造を行い、所定の釘の形状にする。この際も同様に、酸化的雰囲気で熱間鍛造を行う。所定の形状に成形する方法は、特に限定しないが、通常、釘の頭部を作製し、その後、胴部を作製するのが好ましい。このような工程によって、本実施形態に係るチタン製釘を得ることができる。得られた釘の表面性状を整えるため、バレル研磨またはブラスト処理を行ってもよい。なお、本実施形態のチタン製釘は、硬化層を有することで、高い耐曲げ性および耐摩耗性を得るため、表面の硬化層を除去してはならない。 After the heating, hot forging is performed to form a predetermined nail shape. At this time, similarly, hot forging is performed in an oxidizing atmosphere. The method of molding into a predetermined shape is not particularly limited, but it is usually preferable to fabricate the head of the nail and then fabricate the body. Through such steps, the titanium nail according to this embodiment can be obtained. Barrel polishing or blasting may be performed to adjust the surface properties of the obtained nail. In addition, since the titanium nail of this embodiment has a hardened layer to obtain high bending resistance and wear resistance, the hardened layer on the surface must not be removed.

以下、実施例によって本発明に係るチタン製釘をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the titanium nail according to the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present embodiment is not limited to these examples.

表1の化学組成を有するチタン素材を用い、チタン製釘を製造した。なお、チタン素材の引張特性も併せて、表1に示した。なお、引張特性を調べるための引張試験は、JIS Z 2241:2011に準拠して、行った。 A titanium nail was manufactured using a titanium material having the chemical composition shown in Table 1. Table 1 also shows the tensile properties of the titanium material. A tensile test for examining tensile properties was performed in accordance with JIS Z 2241:2011.

釘の製造条件は、表2に示す通りである。製造の際の加熱時間は、5分とした。ここで、全ての例において、釘の形状は、3寸5分の和釘で、その断面は略矩形状とし、頭部は階折と巻頭のいずれかとした。なお、No.20の例は、熱間加工の後、バレル研磨を実施した例である。また、No.23の例は、熱間加工の後、ブラスト処理を行った例である。 The nail manufacturing conditions are as shown in Table 2. The heating time during production was 5 minutes. Here, in all the examples, the shape of the nail was a Japanese nail of 3.5 cm, the cross section of which was substantially rectangular, and the head part was either a fold or a top. In addition, No. Example No. 20 is an example in which barrel polishing was performed after hot working. Also, No. Example No. 23 is an example in which blasting was performed after hot working.

No.22の例は、冷間加工のみを行った例である。No.24の例は、熱間鍛造にて、断面を大きめに仕上げ、冷却後に室温で旋盤にて表面を約1mm切削した例である。製造した各例の釘について、以下に記載の手順で、硬さ試験、曲げ試験(曲げ試験1および曲げ試験2)、および摩耗性試験を行った。 No. Example No. 22 is an example in which only cold working was performed. No. Example No. 24 is an example in which the cross section is slightly finished by hot forging, and after cooling, the surface is cut by a lathe at room temperature by about 1 mm. A hardness test, a bending test (bending test 1 and bending test 2), and an abrasion test were performed on the manufactured nail of each example according to the procedures described below.

Figure 2023032782000001
Figure 2023032782000001

(硬さ試験)
JIS Z 2244:2009に準拠し、硬さ試験を行い、HVS、HVBおよびHVCを測定した。硬さ試験には、マイクロビッカース試験機を用い、HVSおよびHVBについては、試験力を0.9807N(100gf)とした。HVCについては、試験力を9.807N(1kgf)とした。なお、測定に際し、釘の全長に対して、頭部から10%の長さと先端から10%の長さを除く、全長の中央部80%を用いた。硬さ試験は、釘の軸心を通る長さ方向と平行な断面が測定面となるように切り出した試験片を用いて、その測定面を研磨して行った。そして、100μm深さ位置、1000μm深さ位置および軸心部を通る3本の線上で、それぞれ5点ずつ硬さの測定を行い、その硬さの平均値を各位置の硬さとした。
(Hardness test)
A hardness test was performed in accordance with JIS Z 2244:2009 to measure HVS, HVB and HVC. A micro Vickers tester was used for the hardness test, and the test force was set to 0.9807 N (100 gf) for HVS and HVB. For HVC, the test force was 9.807 N (1 kgf). For the measurement, 80% of the central portion of the total length of the nail was used, excluding 10% of the length from the head and 10% of the length from the tip. The hardness test was carried out by polishing the measurement surface using a test piece cut out so that the cross section parallel to the longitudinal direction passing through the axis of the nail serves as the measurement surface. The hardness was measured at 5 points on each of three lines passing through the 100 μm depth position, the 1000 μm depth position, and the axial center, and the average value of the hardness was taken as the hardness at each position.

(曲げ試験1)
曲率半径10mmの鉄製治具を用い、釘の長手中心を、20度曲げた後、当該鉄製治具を外し、各釘の曲がり具合を測定した。基準片として、チタン素材の記号Aを釘の軸部と同等の断面形状に切削加工したもの用いた。基準片と、曲げ試験後の曲がりの状態を比較した。曲がりが、基準片と同等またはそれよりも大きい場合を×、基準片よりも小さい場合を○と、評価し、○の例については、曲げ性が良好であると評価した。
(Bend test 1)
Using an iron jig with a radius of curvature of 10 mm, the longitudinal center of the nail was bent by 20 degrees, and then the iron jig was removed to measure the degree of bending of each nail. As a reference piece, a piece obtained by cutting a titanium material symbol A into a cross-sectional shape equivalent to that of the shaft of a nail was used. The state of bending after the bending test was compared with that of the reference piece. When the bending was equal to or larger than that of the reference piece, it was evaluated as x, and when it was smaller than that of the reference piece, it was evaluated as ◯.

(曲げ試験2)
曲げ試験2では、上記の曲げ試験1と同じ測定方法で試験を行い、基準片として、鉄のSGD3(JIS G 3108:2021)を釘の軸部と同等の断面形状に切削加工したもの用いた。なお、用いたSDG3の引張強度は、435MPa程度である。基準片と、各釘の曲げ試験後の曲がりの状態を比較した。各釘の曲がりが、基準片よりも大きい場合を×、基準片と同等またはそれよりも小さい場合を○と、評価し、○の例については、曲げ性が良好であると評価した。
(Bend test 2)
In bending test 2, the test was performed using the same measurement method as in bending test 1, and as a reference piece, an iron SGD3 (JIS G 3108: 2021) cut into a cross-sectional shape equivalent to the shaft of a nail was used. . The tensile strength of SDG3 used is about 435 MPa. The state of bending of each nail after the bending test was compared with that of the reference piece. When the bending of each nail was larger than that of the reference piece, it was evaluated as x, and when it was equal to or smaller than that of the reference piece, it was evaluated as ◯.

(摩耗性試験)
先端チップが、径1mm、超硬合金材質G2からなる罫書ペンを用いて、釘の表面を複数回引っ掻き、その痕跡を目視で観察した。具体的には、上記罫書ペンを手で持ち、文字を書くように、長さ約2~5mmで5~10回引っ掻いた。その引っ掻き痕が、目視で明瞭に見える場合を×、明瞭に見えない場合は○と評価し、○の例については、耐摩耗性が良好であると評価した。以下、結果も併せて、表2に記載する。
(Abrasion test)
Using a marking pen whose tip tip is 1 mm in diameter and made of cemented carbide material G2, the surface of the nail was scratched multiple times, and the marks were visually observed. Specifically, the marker pen was held by hand and scratched 5 to 10 times with a length of about 2 to 5 mm as if writing letters. When the scratch mark was visually clearly visible, it was evaluated as ×, and when it was not clearly visible, it was evaluated as ○. Examples of ○ were evaluated as having good wear resistance. The results are also shown in Table 2 below.

Figure 2023032782000002
Figure 2023032782000002

本実施形態の要件を満足するNo.1~21は、100μm以上の厚さの硬化層を有し、良好な剛性および耐摩耗性を有していた。一方、本実施形態の要件を満足しないNo.22~24は、剛性、耐摩耗性のうち、少なくとも一方が劣る結果となった。No.22については、常法で釘を製造する際に行われるように、冷間加工のみを行ったため、表面から酸素が固溶等せず、HVS-HVBの差が小さくなった。No.23は、酸化的雰囲気で熱間加工が行われなかったため、HVS-HVBの差が小さくなった。No.24は、最終工程において、表面を切削したため、硬化層が失われ、HVS-HVBの差が小さくなった。 No. 1 that satisfies the requirements of this embodiment. 1-21 had a hardened layer thickness of 100 μm or more and had good stiffness and wear resistance. On the other hand, No. 1, which does not satisfy the requirements of this embodiment. Nos. 22 to 24 were inferior in at least one of rigidity and wear resistance. No. With respect to No. 22, only cold working was carried out as is done when manufacturing nails by a conventional method, so oxygen did not dissolve from the surface, and the difference between HVS and HVB was small. No. In No. 23, the HVS-HVB difference was small because hot working was not performed in an oxidizing atmosphere. No. In No. 24, the surface was cut in the final process, so the hardened layer was lost and the difference between HVS and HVB became small.

本実施形態のチタン製釘は、軽量で、かつ、耐曲げ性、耐摩耗性および耐食性にも優れるため、有用である。特に、重要文化財等の建造物に用いられる和釘に適している。 The titanium nail of this embodiment is useful because it is lightweight and has excellent bending resistance, wear resistance and corrosion resistance. In particular, it is suitable for Japanese nails used in buildings such as important cultural properties.

1.硬化層
2.母材
3.頭部
4.胴部
5.胴部の始端
6.先端
7.巻頭(頭部)
8.階折(頭部)
1. Hardened layer 2 . Base material 3 . 4. head body 5 . 5. Beginning of body; tip 7 . Intro (head)
8. Fold (head)

Claims (5)

工業用純チタンまたはチタン合金からなり、
表面から100μm以上の深さまで硬化層を有し、
前記表面から深さ方向に100μmの位置でのビッカース硬さと、前記表面から深さ方向に1000μmの位置でのビッカース硬さとの差が下記(i)式を満足する、チタン製釘。
30≦HVS-HVB≦200 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各記号は、以下により定義される。
HVS:表面から深さ方向に100μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
HVB:表面から深さ方向に1000μmの位置でのビッカース硬さ(HV0.1)
Made of industrial pure titanium or titanium alloy,
Having a hardened layer from the surface to a depth of 100 μm or more,
A nail made of titanium, wherein the difference between the Vickers hardness at a position 100 μm in the depth direction from the surface and the Vickers hardness at a position 1000 μm in the depth direction from the surface satisfies the following formula (i).
30≤HVS-HVB≤200 (i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
HVS: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 100 μm in the depth direction from the surface
HVB: Vickers hardness (HV0.1) at a position of 1000 μm in the depth direction from the surface
前記工業用純チタンまたはチタン合金の化学組成が、質量%で、
Fe:1.5%以下、
Cr:1.5%以下、
Ni:1.5%以下、
O:0.25%以下、
N:0.05%以下、
C:0.10%以下、
H:0.015%以下、
残部:Tiおよび不純物であり、
下記(ii)式を満足する、請求項1に記載のチタン製釘。
Fe+Cr+Ni≦1.5 ・・・(ii)
但し、上記式中の各元素記号は工業用純チタンまたはチタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
The chemical composition of the industrially pure titanium or titanium alloy is, in mass%,
Fe: 1.5% or less,
Cr: 1.5% or less,
Ni: 1.5% or less,
O: 0.25% or less,
N: 0.05% or less,
C: 0.10% or less,
H: 0.015% or less,
balance: Ti and impurities,
2. The titanium nail according to claim 1, which satisfies the following formula (ii).
Fe+Cr+Ni≦1.5 (ii)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in industrially pure titanium or titanium alloy, and is zero when not contained.
前記化学組成が、前記Tiの一部に代えて、質量%で、
Al:2.0%以下、
Si:0.5%以下、
Sn:2.0%以下、
Zr:3.0%以下、
Cu:1.8%以下、
Nb:1.0%以下、
V:2.0%以下、
Mo:2.0%以下、
Mn:1.0%以下、
Co:1.0%以下、
Pd:0.25%以下、および
Ru:0.25%以下、
からなる群から選択される一種以上を含有する、請求項2に記載のチタン製釘。
wherein the chemical composition, in place of part of the Ti, is in % by mass,
Al: 2.0% or less,
Si: 0.5% or less,
Sn: 2.0% or less,
Zr: 3.0% or less,
Cu: 1.8% or less,
Nb: 1.0% or less,
V: 2.0% or less,
Mo: 2.0% or less,
Mn: 1.0% or less,
Co: 1.0% or less,
Pd: 0.25% or less, and Ru: 0.25% or less,
3. The titanium nail of claim 2, containing one or more selected from the group consisting of:
和釘である、請求項1~3のいずれか1項に記載のチタン製釘。 The titanium nail according to any one of claims 1 to 3, which is a Japanese nail. 請求項1~4のいずれか1項に記載のチタン製釘の素材として用いられるチタン素材であって、
工業用純チタンまたはチタン合金からなり、
室温での0.2%耐力が215MPa以上であり、
引張強さが340~510MPaであり、
伸びが23%以上である、チタン素材。
A titanium material used as a material for the titanium nail according to any one of claims 1 to 4,
Made of industrial pure titanium or titanium alloy,
0.2% proof stress at room temperature is 215 MPa or more,
Tensile strength is 340 to 510 MPa,
A titanium material having an elongation of 23% or more.
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